基于DMSP/OLS和NPP/VIIRS夜间灯光数据的江西省城市空间发展变化分析

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目前,我国正处于城市化的快速发展阶段,城市空间的快速扩张导致人口、资源和环境之间的关系恶化,阻碍了城市向更高层次发展。因此,当前迫切需要加强对城市问题的探索,充分了解城市空间发展变化规律,为城市化的健康发展提供支持。近年来,夜光遥感技术发展迅速,相较于常规的多光谱影像,夜光遥感数据具有容易获取、便于处理和时间跨度大的优点,且已有研究表明,区域夜光总量与区域人口和经济总量具有高度的相关性,长时间序列的夜光数据可以较好的反映区域城市化的过程,非常适于大尺度城市空间扩张的动态监测与评估。本文通过归纳分析当前已有研究,以2009年、2011年的DMSP/OLS夜间灯光数据和2013年、2015年、2017年、2019年的NPP/VIIRS夜间灯光数据为基本数据,并结合江西省各年份对应的统计年鉴数据,对江西省城市空间的发展过程进行分析探究。首先,基于DMSP/OLS和NPP/VIIRS两种不同像元值范围的夜光影像进行了整合,减少了两种数据在提取建成区时空间范围和夜光总量的差异。对于DMSP/OLS数据进行去饱和和校正的处理,通过影像间的相互校正和不同年份的连续性校正使得研究时段内的夜光数据消除了过饱和的现象且具有了更大的像元值范围;对于NPP/VIIRS数据则是进行降噪处理,采用2015年NPP/VIIRS年度无噪影像作为掩膜,对研究时段内的夜光影像进行掩膜法去噪,最终使得两种夜间灯光数据在长时间序列上的差异降到最低。其次,根据DMSP/OLS和NPP/VIIRS夜间灯光数据的特点,分别采用突变检测法和自然间断法进行城市建成区的提取。为了验证建成区提取的精确性,采用江西省各市的统计年鉴数据进行对比分析,经过计算可得,本文方法提取的建成区范围与江西省统计年鉴的建成区范围总体误差在2.35%以内;使用Landsat8影像与各市建成区进行空间位置对比分析,可以看出,经过阈值提取后的灯光数据与Landsat8影像上的建成区分布情况吻合度较高。最后,基于两种整合数据的建成区提取结果,本文从规模、结构、形态和景观格局等方面全面分析了江西省各市的城市空间发展变化的过程及建成区的迁移过程。在分析城市空间发展变化过程中,规模特征采用夜光规模、平均夜光、夜光增长和夜光增速四个方面来进行分析;城市的等级结构特征采用首位度、位序-规模法则和基尼系数三个方面进行分析;对于城市的重心迁移方面,采用标准差椭圆来综合分析城市建成区扩张的迁移过程;景观格局分析方面,选取斑块数量、斑块密度、平均斑块面积、斑块面积标准差、周长面积分形维数、斑块聚集度指数六个景观指数,以各城市的建成区范围为对象,全面分析研究时段内江西省的景观格局指数的变化趋势。
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